(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の体幹部に上向きの持上げ力を作用させ得るように該体幹部に接触される持上げ力伝達部と、利用者の各脚の足平に装着される左右一対の足平装着部と、各足平装着部を前記持上げ力伝達部にそれぞれ連結する左右一対の脚リンクとを備え、各脚リンクが、前記持上げ力伝達部から第１関節を介して延設された大腿フレームと、各足平装着部から第２関節を介して延設された下腿フレームと、該大腿フレームと下腿フレームとを屈伸自在に連結する第３関節とから構成され、さらに各脚リンク毎に、大腿フレームに搭載された回転アクチュエータと、該回転アクチュエータの駆動力を第３関節に伝達して、該第３関節にその関節軸まわりの駆動トルクを付与する動力伝達機構とを備えた歩行補助装置において、
前記動力伝達機構は、前記回転アクチュエータの出力軸に同心に固定された駆動クランクアームと、前記第３関節の関節軸と同心に下腿フレームに固定された従動クランクアームと、一端と他端とが駆動クランクアームと従動クランクアームとにそれぞれ枢着された連結ロッドとから構成され、
前記回転アクチュエータの駆動力に応じて前記連結ロッドにその長手方向で作用する並進力であるロッド伝達力に応じた出力を発生するように前記連結ロッドに固定されたロッド伝達力計測用力センサの出力が入力され、該ロッド伝達力計測用力センサの出力に基づき前記ロッド伝達力を計測するロッド伝達力計測手段と、
前記ロッド伝達力と該ロッド伝達力によって前記第３関節に付与される駆動トルクとのうちのいずれか一方を制御量とし、前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために要求される該制御量の目標値である制御量目標値を設定する制御量目標値設定手段と、
前記制御量を前記制御量目標値設定手段で設定された制御量目標値に一致させるように、前記ロッド伝達力計測手段による前記ロッド伝達力の計測値と前記設定された制御量目標値とに応じて前記回転アクチュエータの駆動力をフィードバック制御するアクチュエータ制御手段とを各脚リンク毎に備えたことを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記ロッド伝達力計測用力センサは、前記連結ロッドに固着されたひずみゲージ式力センサであることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の歩行補助装置において、前記各脚リンクの第３関節に付与される駆動トルクが該脚リンクを伸展方向に付勢する向きの駆動トルクとなる場合に前記連結ロッドに作用するロッド伝達力は、該連結ロッドの長手方向の引張り力であることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行補助装置において、
前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために各脚リンクに床側から作用させるべき支持力の目標値である目標支持力を設定する目標支持力設定手段と、
前記各脚リンクの第３関節の変位角度を計測する関節角度計測手段とを備え、
前記制御量目標値設定手段は、各脚リンク毎に、前記目標支持力設定手段で設定された目標支持力を該脚リンクに床側から作用させたと仮定した場合に、該目標支持力によって該脚リンクの第３関節に作用するモーメントに釣り合うトルクを該第３関節に付与するために要求される前記制御量の値を前記制御量目標値とし、該制御量目標値を、前記設定された目標支持力と前記関節角度計測手段による該第３関節の変位角度の計測値とに基づいて決定することを特徴とする歩行補助装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行補助装置において、
前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために各脚リンクに床側から作用させるべき支持力の目標値である目標支持力を設定する目標支持力設定手段と、
前記各脚リンクの第３関節の変位角度を計測する関節角度計測手段と、
前記目標支持力設定手段で設定された目標支持力を各脚リンクに床側から作用させたと仮定した場合に、該目標支持力によって該脚リンクの第３関節に作用するモーメントに釣り合うトルクを該第３関節に付与するために要求される前記制御量の値を前記制御量目標値の基本値とし、該基本値を、前記設定された目標支持力と前記関節角度計測手段による該第３関節の変位角度の計測値とに基づいて決定する制御量基本目標値決定手段と、
各脚リンクの第３関節における摩擦力に起因して該第３関節に発生する抵抗力と、各脚リンクの第３関節よりも足平装着部側の部分の運動による慣性力に起因して該第３関節に発生する抵抗力と、各脚リンクの第３関節よりも足平装着部側の部分に作用する重力に起因して該第３関節に発生する抵抗力とのうちの少なくともいずれか一つに抗するトルクを該第３関節に付与するために要求される前記基本値の補正量を少なくとも含む付加的補正量を、前記関節角度計測手段による該第３関節の変位角度の計測値に基づいて決定する補正量決定手段とを備え、
前記制御量目標値設定手段は、各脚リンク毎に、前記制御量基本目標値決定手段で決定された基本値を前記補正量決定手段で決定された付加的補正量により補正することによって、前記制御量目標値を決定することを特徴とする歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者（人）の歩行を補助する歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の歩行補助装置としては、例えば特許文献１，２に見られるものが本願出願人により提案されている。
【０００３】
これらの特許文献１，２の歩行補助装置では、利用者が跨ぐようにして着座する着座部と、利用者の左右の足平にそれぞれ装着する左右一対の足平装着部と、左右の足平装着部と着座部とをそれぞれ連結する左右一対の脚リンクとを備える歩行補助装置が記載されている。
【０００４】
この歩行補助装置では、各脚リンクは、着座部から第１関節（股関節）を介して延設された大腿フレームと、足平装着部から第２関節（足首関節）を介して延設された下腿フレームと、これらの大腿フレームおよび下腿フレームを第１関節および第２関節の間で屈伸自在に連結する第３関節（膝関節）とを有する。また、各脚リンクの大腿フレームの第１関節側の端部に第３関節を駆動する電動モータが搭載されている。そして、足平装着部の接地状態において、脚リンクの第３関節に電動モータから該脚リンクの伸展方向の駆動トルクを付与することによって、着座部から利用者に持上げ力を作用させ、ひいては、利用者の体重の一部を歩行補助装置で負担する。
【０００５】
この場合、該歩行補助装置の動作制御は次のように行われる。すなわち、利用者の体重の一部と、歩行補助装置自身とを床に支えるために必要となるトータルの支持力（並進力）としての目標総持上げ力を、各足平装着部に設けられた踏力計測用の力センサの出力から計測した利用者の両脚のそれぞれの踏力の割合いに応じた割合いで各脚リンクに分配することで、各脚リンクに床側から作用させる支持力の目標値（目標総持上げ力のうちの各脚リンクの目標負担分）が決定される。この場合、左右の脚リンクの支持力の目標値の相互の比率が、利用者の左右の脚の踏力の相互の比率と同じになるように各脚リンクの支持力の目標値が決定される。また、各脚リンクの下腿フレームと第２関節との間に介装した支持力計測用の力センサの出力から、各脚リンクに床側から実際に作用する支持力が計測される。そして、各脚リンク毎に、その支持力の計測値を目標値に一致させるように、電動モータの出力トルクがフィードバック制御される。これにより、着座部から利用者に目標とする持上げ力（利用者の体重の一部を支える並進力）が作用するように、各電動モータの出力トルクが制御される。
【特許文献１】特開２００７−５４６１６号公報
【特許文献２】特開２００７−３３０２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の歩行補助装置では、各脚リンクの下腿フレームと第２関節との間に介装した支持力計測用の力センサの出力から計測した支持力の値そのものを、直接的に目標値に一致させるように電動モータを制御するようにしていたため、次のような不都合があった。
【０００７】
すなわち、各脚リンクに床側から作用する支持力の大きさは、最大で、歩行補助装置全体の重量と利用者の体重の一部とを合わせた重量に作用する重力の大きさ程度のものとなるので、前記支持力計測用の力センサの出力によって計測が必要な該支持力の値の範囲（レンジ幅）が広いものとなる。このため、該支持力を高い分解能で精度よく計測することが困難である。また、支持力計測用の力センサは、各脚リンクの下端部寄りの箇所に設けらると共に、該力センサに作用する支持力の大きさが、上記のように歩行補助装置全体の重量と利用者の体重の一部とを合わせた重量に作用する重力の大きさ程度の大きなものとなるので、該支持力計測用の力センサには、脚リンクの変形などに起因して、横方向（せん断方向）の力も作用しやすい。このため、該横方向の力の干渉によって、持上げ力を制御する上で必要な支持力（ほぼ上下方向の支持力）の計測精度が低下しやすい。さらに、各脚リンクの下端部は、着座部に対する可動範囲が大きいことから、他の物体との接触も生じやすい。そして、その接触も、支持力の計測精度の低下要因となる。
【０００８】
そして、このように支持力の計測精度が低下すると、電動モータから各脚リンクの第３関節に付与される駆動トルクが、目標とする持上げ力を着座部から利用者に作用させる上で不適切なものとなったり、実際の持上げ力の変動が生じて、利用者に不快感を及ぼす恐れがある。
【０００９】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、利用者の体幹部に上向きの持上げ力を作用させる持上げ力伝達部を備えた歩行補助装置において、各脚リンクに床側から作用する支持力を直接的に計測せずに、目標とする持上げ力を安定に利用者に作用させることができる歩行補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の歩行補助装置は、かかる目的を達成するために、利用者の体幹部に上向きの持上げ力を作用させ得るように該体幹部に接触される持上げ力伝達部と、利用者の各脚の足平に装着される左右一対の足平装着部と、各足平装着部を前記持上げ力伝達部にそれぞれ連結する左右一対の脚リンクとを備え、各脚リンクが、前記持上げ力伝達部から第１関節を介して延設された大腿フレームと、各足平装着部から第２関節を介して延設された下腿フレームと、該大腿フレームと下腿フレームとを屈伸自在に連結する第３関節とから構成され、さらに各脚リンク毎に、大腿フレームに搭載された回転アクチュエータと、該回転アクチュエータの駆動力を第３関節に伝達して、該第３関節にその関節軸まわりの駆動トルクを付与する動力伝達機構とを備えた歩行補助装置において、
前記動力伝達機構は、前記回転アクチュエータの出力軸に同心に固定された駆動クランクアームと、前記第３関節の関節軸と同心に下腿フレームに固定された従動クランクアームと、一端と他端とが駆動クランクアームと従動クランクアームとにそれぞれ枢着された連結ロッドとから構成され、
前記回転アクチュエータの駆動力に応じて前記連結ロッドにその長手方向で作用する並進力であるロッド伝達力に応じた出力を発生するように前記連結ロッドに固定されたロッド伝達力計測用力センサの出力が入力され、該ロッド伝達力計測用力センサの出力に基づき前記ロッド伝達力を計測するロッド伝達力計測手段と、
前記ロッド伝達力と該ロッド伝達力によって前記第３関節に付与される駆動トルクとのうちのいずれか一方を制御量とし、前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために要求される該制御量の目標値である制御量目標値を設定する制御量目標値設定手段と、
前記制御量を前記制御量目標値設定手段で設定された制御量目標値に一致させるように、前記ロッド伝達力計測手段による前記ロッド伝達力の計測値と前記設定された制御量目標値とに応じて前記回転アクチュエータの駆動力をフィードバック制御するアクチュエータ制御手段とを各脚リンク毎に備えたことを特徴とする（第１発明）。
【００１１】
かかる第１発明によれば、各脚リンク毎の前記動力伝達機構は、前記回転アクチュエータの駆動力（出力トルク）を、駆動側クランクアームを介して連結ロッドの長手方向の並進力である前記ロッド伝達力に変換した後に、このロッド伝達力を従動クランクアームを介して第３関節の関節軸まわりの駆動トルクに変換し、この駆動トルクを第３関節に付与することとなる。この場合、前記連結ロッドは、歩行補助装置の全体の重量を支え得るような大きな並進力を伝達する必要はないので、前記ロッド伝達力の値の範囲は比較的狭い範囲で済む。また、該ロッド伝達力の大きさがさほど大きなものとならないことから、該連結ロッドの変形が生じにくく、該連結ロッドの横断方向（せん断方向）など、該連結ロッドの長手方向以外の方向の力が作用しにくい。また、該連結ロッドは、各脚リンクの大腿フレームに沿って配設されることとなるので、各脚リンクの先端部（下腿フレームの下端部）側に比べて、利用者の歩行時などに他の物体と接触する可能性が低い。
【００１２】
このため、前記ロッド伝達力計測手段は、連結ロッドに固定されたロッド伝達力計測用力センサの出力に基づいて、前記ロッド伝達力を精度よく計測することが可能となる。そして、第１発明では、このように精度よく計測可能なロッド伝達力と、該ロッド伝達力によって前記第３関節に付与される駆動トルク（これは、連結ロッドの長手方向に直交する方向での第３関節の関節軸と連結ロッドとの距離を、ロッド伝達力に乗じたものとなる）とのうちのいずれか一方が制御量とされる。そして、この制御量を、前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために要求される該制御量の目標値である制御量目標値に一致させるように前記回転アクチュエータの駆動力をフィードバック制御するので、実際の制御量を精度よく安定に制御量目標値に一致させることができる。この場合、前記制御量を精度よく安定に制御量目標値に一致させることができるということは、結果的に、各脚リンクに床側から作用する実際の支持力を、目標とする持上げ力を持上げ力伝達部から利用者に作用させ得る適切な支持力に安定に制御できるということを意味する。
【００１３】
従って、第１発明によれば、各脚リンクに床側から作用する支持力を直接的に計測することなく、目標とする持上げ力を安定に利用者に作用させることができる。
【００１４】
かかる第１発明では、前記ロッド伝達力計測用力センサは、前記連結ロッドに固着されたひずみゲージ式力センサであることが好ましい（第２発明）。
【００１５】
すなわち、ひずみゲージ式力センサを構成するひずみゲージは、一般に、特定の方向に対してのみ、高い感度を有する。このため、該ひずみゲージ式センサを使用することで、連結ロッドの長手方向のロッド伝達力をより精度よく計測することができる。
【００１６】
また、前記第１発明または第２発明では、前記各脚リンクの第３関節に付与される駆動トルクが該脚リンクを伸展方向に付勢する向きの駆動トルクとなる場合に前記連結ロッドに作用するロッド伝達力は、該連結ロッドの長手方向の引張り力であることが好ましい（第３発明）。
【００１７】
すなわち、前記持上げ力伝達部から利用者に上向きの持上げ力を作用させるためには、接地している足平装着部に連結されている脚リンクの第３関節に、該脚リンクを伸展方向に付勢する駆動トルクを付与する必要がある。そして、この駆動トルクの付与時におけるロッド伝達力の大きさが最も大きくなる。この場合、第３発明によれば、脚リンクを伸展方向に付勢する際のロッド伝達力は、引張り力となる。このため、該ロッド伝達力によって、連結ロッドの座屈などの変形が生じるのを効果的に防止することができる。ひいては、ロッド伝達力の計測をより精度よく行うことができる。
【００１８】
前記第１〜第３発明では、より具体的な形態として例えば次のような形態を採用することができる。すなわち、前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために各脚リンクに床側から作用させるべき支持力の目標値である目標支持力を設定する目標支持力設定手段と、前記各脚リンクの第３関節の変位角度を計測する関節角度計測手段とを備え、前記制御量目標値設定手段は、各脚リンク毎に、前記目標支持力設定手段で設定された目標支持力を該脚リンクに床側から作用させたと仮定した場合に、該目標支持力によって該脚リンクの第３関節に作用するモーメントに釣り合うトルクを該第３関節に付与するために要求される前記制御量の値を前記制御量目標値とし、該制御量目標値を、前記設定された目標支持力と前記関節角度計測手段による該第３関節の変位角度の計測値とに基づいて決定する（第４発明）。
【００１９】
かかる第４発明によれば、前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために各脚リンクに床側から作用させるべき支持力の目標値である目標支持力を決定した上で、この目標支持力によって該脚リンクの第３関節に作用するモーメントに釣り合うトルクを該第３関節に付与するために要求される制御量目標値が、前記設定された目標支持力と前記関節角度計測手段による該第３関節の変位角度の計測値とに基づいて決定される。このため、前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御する上で適切な制御量目標値を容易に決定できる。
【００２０】
あるいは、前記第１〜第３発明では、次のような形態を採用することがより好ましい。すなわち、前記持上げ力を目標とする持上げ力に制御するために各脚リンクに床側から作用させるべき支持力の目標値である目標支持力を設定する目標支持力設定手段と、前記各脚リンクの第３関節の変位角度を計測する関節角度計測手段と、前記目標支持力設定手段で設定された目標支持力を各脚リンクに床側から作用させたと仮定した場合に、該目標支持力によって該脚リンクの第３関節に作用するモーメントに釣り合うトルクを該第３関節に付与するために要求される前記制御量の値を前記制御量目標値の基本値とし、該基本値を、前記設定された目標支持力と前記関節角度計測手段による該第３関節の変位角度の計測値とに基づいて決定する制御量基本目標値決定手段と、各脚リンクの第３関節における摩擦力に起因して該第３関節に発生する抵抗力と、各脚リンクの第３関節よりも足平装着部側の部分の運動による慣性力に起因して該第３関節に発生する抵抗力と、各脚リンクの第３関節よりも足平装着部側の部分に作用する重力に起因して該第３関節に発生する抵抗力とのうちの少なくともいずれか一つに抗するトルクを該第３関節に付与するために要求される前記基本値の補正量を少なくとも含む付加的補正量を、前記関節角度計測手段による該第３関節の変位角度の計測値に基づいて決定する補正量決定手段とを備え、前記制御量目標値設定手段は、各脚リンク毎に、前記制御量基本目標値決定手段で決定された基本値を前記補正量決定手段で決定された付加的補正量により補正することによって、前記制御量目標値を決定する（第５発明）。
【００２１】
この第５発明によれば、前記目標支持力設定手段で設定された目標支持力を該脚リンクを床側から作用させたと仮定した場合に、該目標支持力によって該脚リンクの第３関節に作用するモーメントに釣り合うトルクを該第３関節に付与するために要求される前記制御量の値を前記制御量目標値の基本値として決定される。また、第５発明ではさらに、各脚リンクの第３関節における摩擦力に起因して該第３関節に発生する抵抗力と、各脚リンクの第３関節よりも足平装着部側の部分の運動による慣性力に起因して該第３関節に発生する抵抗力と、各脚リンクの第３関節よりも足平装着部側の部分に作用する重力に起因して該第３関節に発生する抵抗力とのうちの少なくともいずれか一つに抗するトルクを該第３関節に付与するために要求される前記基本値の補正量を少なくとも含む付加的補正量が、第３関節の変位角度の計測値に基づいて決定される。そして、上記基本値を、この付加的補正量により補正することによって、前記制御量目標値が決定される。このように決定される制御量目標値に、実際の制御量を一致させるように回転アクチュエータの駆動力をフィードバック制御することによって、上記摩擦力、慣性力、重力のうちの少なくとも一つに起因する抵抗力の影響を補償することができる。ひいては、足平装着部を空中で移動させる際などに、利用者に抵抗感を及ぼすのを防止することができる。
【００２２】
なお、前記第１〜第５発明では、前記目標支持力は例えば次のように設定することが好ましい。すなわち、利用者の各脚の足平の底面に対向するようにして各足平装着部に設けられた踏力計測用力センサの出力に基づいて、利用者の各脚の踏力を計測する踏力計測手段をさらに備える。そして、前記目標支持力設定手段は、前記持上げ力伝達部から利用者の体幹部に目標とする持上げ力を作用させつつ、両脚リンクのそれぞれに床側から作用する支持力の相互の割合いが、前記踏力計測手段による両脚のそれぞれの踏力の計測値に応じて決定した設定割合になるように両脚リンクのそれぞれの目標支持力を設定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施形態を以下に説明する。まず、本実施形態の歩行補助装置の機構的な構成を図１〜図４を参照して説明する。図１〜図３はそれぞれ、本実施形態の歩行補助装置の斜視図、側面図、正面図であり、図４は該歩行補助装置の大腿フレームの切断側面図である。
【００２４】
図示の如く、本実施形態の歩行補助装置Ａは、持上げ力伝達部としての着座部１と、利用者Ｐの各脚の足平に装着される左右一対の足平装着部２，２と、各足平装着部２，２を着座部１にそれぞれ連結する左右一対の脚リンク３，３とを備えている。左右の足平装着部２，２は互いに左右対称の同一構造である。左右の脚リンク３，３も互いに左右対称の同一構造である。
【００２５】
各脚リンク３は、着座部１から第１関節４を介して下側に延設された大腿フレーム５と、各足平装着部２から第２関節６を介して上側に延設された下腿フレーム７と、大腿フレーム５と下腿フレーム７とを、第１関節４と第２関節６との中間で屈伸自在に連結する第３関節８とから構成されている。
【００２６】
さらに、歩行補助装置Ａは、各脚リンク３毎に、第３関節８を駆動するための駆動力を発生するアクチュエータ９と、このアクチュエータ９の駆動力を第３関節８に伝達して、該第３関節８にその関節軸まわりの駆動トルクを付与する動力伝達機構１０とを備えている。
【００２７】
着座部１は、利用者Ｐが跨ぐようにして（利用者Ｐの両脚の付け根の間に配置するようにして）着座するサドル状のシート部１ａと、シート部１ａの下面に装着された支持フレーム１ｂと、支持フレーム１ｂの後端部（シート部１ａの後側で上方に立ち上がる立ち上がり部分）に取り付けた腰当て部１ｃとから構成されている。また、腰当て部１ｃには、利用者Ｐまたは補助者が把持可能なアーチ状の把持部１ｄが取り付けられている。
【００２８】
なお、本実施形態では、持上げ力伝達部をサドル状のシート部１ａを有する着座部１により構成したが、例えば前記特許文献１の図１６に記載されたようなハーネス状の可撓性部材により持上げ力伝達部を構成してもよい。持上げ力伝達部は、利用者Ｐの体幹部に上向きの持上げ力を作用させるために、両脚の付け根の間で利用者Ｐに接する部分を備えることが好ましい。
【００２９】
各脚リンク３の第１関節４は、前後方向および左右方向の２つの関節軸まわりの回転自由度（２自由度）を有する関節である。さらに詳細には、各第１関節４は、着座部１に連結された円弧状のガイドレール１１を備えている。そして、このガイドレール１１に、各脚リンク３の大腿フレーム５の上端部に固定されたスライダ１２が、該スライダ１２に軸着した複数のローラ１３を介して移動自在に係合されている。このため、各脚リンク３は、ガイドレール１１の曲率中心４ａ（図２参照）を通る左右方向の軸（より詳しくはガイドレール１１の円弧を含む平面に垂直な方向の軸）を第１関節４の第１の関節軸として、該第１の関節軸のまわりに前後方向の揺動運動（前後の振り出し運動）を行うことが可能となっている。
【００３０】
また、ガイドレール１１は、着座部１の支持フレーム１ｂの後端部（立ち上がり部分）に、軸心を前後方向に向けた支軸４ｂを介して軸支され、該支軸４ｂの軸心まわりに揺動可能とされている。これにより、各脚リンク３は、支軸４ｂの軸心を第１関節４の第２の関節軸として、該第２の関節軸のまわりに左右方向の揺動運動、すなわち、内転・外転運動を行うことが可能となっている。なお、本実施形態では、第１関節４の第２の関節軸は、右側の第１関節４と右側の第１関節４とで共通の関節軸となっている。
【００３１】
上記のように第１関節４は、各脚リンク３が、前後方向および左右方向の２つの関節軸まわりの揺動運動を行うことが可能となるように構成されている。
【００３２】
なお、第１関節の回転自由度は２つに限られるものではない。例えば３つの関節軸まわりの回転自由度（３自由度）を有するように第１関節を構成してもよい。あるいは、例えば左右方向の１つの関節軸まわりの回転自由度（１自由度）だけを有するように第１関節を構成してもよい。
【００３３】
各足平装着部２は、利用者Ｐの各足平に履かせる靴２ａと、靴２ａ内から上方に突出する連結部材２ｂとを備え、利用者Ｐの各脚が立脚（支持脚）となる状態で、靴２ａを介して接地する。そして、連結部材２ｂに各脚リンク３の下腿フレーム７の下端部が第２関節６を介して連結されている。この場合、連結部材２ｂは、図２に示すように、靴２ａ内の中敷２ｃの下側（靴２ａの底部と中敷２ｃとの間）に配置される平板状部分２bxを一体に備えている。そして、連結部材２ｂは、足平装着部２を接地させた時に、該足平装着部２に床から作用する床反力の一部（少なくとも歩行補助装置Ａと利用者Ｐの体重の一部とを合わせた重量を支えるのに充分な程度の大きさの並進力）を連結部材２ｂおよび第２関節６を介して脚リンク３に作用させることができるように、平板状部分２bxを含めて比較的高剛性の部材により形成されている。
【００３４】
なお、足平装着部２は、靴２ａの代わりに、例えばスリッパ状のものを備えるようにしてもよい。
【００３５】
第２関節６は、本実施形態では、ボールジョイントなどのフリージョイントにより構成され、３軸まわりの回転自由度を有する関節となっている。ただし、第２関節は、例えば前後および左右方向の２軸まわり、あるいは、上下および左右方向の２軸まわりの回転自由度を有する関節であってもよい。
【００３６】
第３関節８は、左右方向の１軸まわりの回転自由度を有する関節であり、大腿フレーム５の下端部に下腿フレーム７の上端部を軸支する支軸８ａを有する。該支軸８ａの軸心は、第１関節４の第１の関節軸（ガイドレール１１の円弧を含む平面に垂直な方向の軸）とほぼ平行である。そして、この支軸８ａの軸心が第３関節８の関節軸となっており、その関節軸のまわりに、下腿フレーム７が大腿フレーム５に対して相対回転可能とされている。これにより、該第３関節８での脚リンク３の屈伸運動が可能となっている。
【００３７】
各脚リンク３毎のアクチュエータ９は、減速機１４付の電動モータ１５により構成された回転アクチュエータである。この回転アクチュエータ９は、その出力軸９ａの軸心が第３関節８の関節軸（支軸８ａの軸心）と平行になるように、大腿フレーム５の上端部（第１関節４寄りの部分）の外面に搭載され、該回転アクチュエータ９のハウジング（電動モータ１５のステータに固定されている部分）が大腿フレーム５に固設されている。
【００３８】
各動力伝達機構１０は、本実施形態では、回転アクチュエータ９の出力軸９ａに同心に固定された駆動クランクアーム１６と、第３関節８の関節軸と同心に下腿フレーム７に固定された従動クランクアーム１７と、一端と他端とをそれぞれ駆動クランクアーム１６、従動クランクアーム１７に枢着した連結ロッド１８とから構成されている。該連結ロッド１８は、駆動クランクアーム１６に対する枢着部１８ａと、従動クランクアーム１７に対する枢着部１８ｂとの間で直線状に延在している。このように構成された動力伝達機構１０では、電動モータ１５の運転によって回転アクチュエータ９の出力軸９ａから出力される駆動力（出力トルク）は、該出力軸９ａから駆動クランクアーム１６を介して連結ロッド１８の長手方向の並進力に変換され、その並進力（ロッド伝達力）が連結ロッド１８をその長手方向に伝達する。さらに、該並進力が連結ロッド１８から従動クランクアーム１７を介して駆動トルクに変換され、その駆動トルクが、第３関節８の関節軸まわりに脚リンク３を屈伸させる駆動力として該第３関節８に付与される。
【００３９】
ここで、本実施形態では、各脚リンク３の大腿フレーム５および下腿フレーム７のそれぞれの長さの総和は、利用者Ｐの脚を直線状に伸展させた状態での該脚の長さよりも長いものとなっている。このため、各脚リンク３は、第３関節８で常時、屈曲する。その屈曲角度θ１（図２参照）は、利用者Ｐの平地での通常歩行時には、例えば約４０°〜７０°の範囲の角度となる。なお、ここでの屈曲角度θ１は、図２に示す如く、各脚リンク３を第３関節８の関節軸方向で見たときに、第３関節８とガイドレール１１の曲率中心４ａとを結ぶ直線と、第３関節８と第２関節６とを結ぶ直線との成す角度（鋭角側の角度）を意味する。そして、本実施形態では、各脚リンク３の屈曲角度θ１が、利用者Ｐの平地での通常歩行時の角度範囲を含む、ある角度範囲（例えば約２０°〜７０°の範囲）に存する状態で、第３関節８に付与される駆動トルクが、回転アクチュエータ９の出力トルクよりも大きくなるように、連結ロッド１８の枢着部１８ａ，１８ｂと、第３関節８の関節軸と、回転アクチュエータ９の出力軸９ａとの相対的な位置関係が設定されている。この場合、本実施形態では、各脚リンク３を第３関節８の関節軸方向で見たときに、図４に示す如く、回転アクチュエータ９の出力軸９ａと第３関節８とを結ぶ直線と、連結ロッド１８の枢着部１８ａと枢着部１８ｂとを結ぶ直線とが斜交している。
【００４０】
さらに、本実施形態では、各脚リンク３の屈曲角度θ１が、利用者Ｐの平地での通常歩行時の角度範囲を含む、ある角度範囲（例えば約２０°〜７０°の範囲）に存する状態で、回転アクチュエータ９から連結ロッド１８に、その長手方向の引張り力を作用させた場合に、第３関節３に付与される駆動トルクが、脚リンク３を伸展方向に付勢するトルクとなるように連結ロッド１８の枢着部１８ｂの位置が設定されている。この場合、本実施形態では、各脚リンク３を第３関節８の関節軸方向で見たときに、連結ロッド１８の枢着部１８ｂが、回転アクチュエータ９の出力軸９ａと第３関節８とを結ぶ直線よりもガイドレール１１側に設けられている。
【００４１】
また、図４に示す如く、大腿フレーム５には、連結ロッド１８とガイドレール１１との間に配置されたバッテリ１９と、このバッテリ１９を覆うカバー２０とが取り付けられている。バッテリ１９は、各電動モータ１５などの電装品の電源である。
【００４２】
以上が、本実施形態の歩行補助装置Ａの機構的な主要構成である。このように構成された歩行補助装置Ａでは、各足平装着部２を接地させた状態で、脚リンク３の第３関節８に回転アクチュエータ９から動力伝達機構１０を介して伸展方向の駆動力（駆動トルク）を付与することによって、着座部１が上向きに付勢される。これにより、着座部１から利用者Ｐに上向きの持上げ力が作用することとなる。本実施形態の歩行補助装置Ａは、この持上げ力によって、利用者Ａの体重の一部（利用者Ａに作用する重力の一部）を支持し、利用者Ｐの歩行時などにおける脚の負担を軽減する。
【００４３】
この場合、歩行補助装置Ａと利用者Ｐとの全体を床に支える支持力（歩行補助装置Ａの接地面に床から作用するトータルの並進力。以下、全支持力という）のうち、歩行補助装置Ａ自身と利用者Ｐの体重の一部とを床に支える支持力を歩行補助装置Ａが負担し、残りの支持力を利用者Ｐが負担することとなる。以降、上記全支持力のうち、歩行補助装置Ａが負担する支持力を補助装置負担支持力、利用者Ｐが負担する支持力を利用者負担支持力という。なお、補助装置負担支持力は、利用者Ｐの両脚が立脚となる状態では、脚リンク３，３の両方に分配的に作用し、片脚だけが立脚となる状態では、両脚リンク３，３のうちの該片脚側の脚リンク３だけに作用する。利用者負担支持力についても同様である。
【００４４】
なお、図示は省略するが、本実施形態では、各脚リンク３の第３関節８、あるいは、大腿フレーム５と下腿フレーム７との間には、回転アクチュエータ９の負荷を軽減する（必要な最大出力トルクを低減する）ために、該脚リンク３を伸展方向に付勢するバネ（図示省略）が装着されている。ただし、このバネは省略してもよい。
【００４５】
次に、本実施形態の歩行補助装置Ａの動作制御のための構成を説明する。本実施形態の歩行補助装置Ａでは、各回転アクチュエータ９の電動モータ１５の動作制御を行うコントローラ２１（制御装置）が図２に示す如く着座部１の支持フレーム１ｂに収納されている。
【００４６】
さらに、歩行補助装置Ａには、次のようなセンサが備えられ、その各センサの出力がコントローラ２１に入力される。図２に示すように、各足平装着部２の靴２ａ内には、利用者Ｐの各脚の踏力（各脚の足平を床面側に押し付ける上下方向の並進力）を計測するための一対の踏力計測用力センサ２２ａ，２２ｂが設けられている。各脚の踏力は、別の言い方をすれば、前記利用者負担支持力のうちの各脚に作用する力（各脚の負担分）に釣り合う並進力であり、両脚のそれぞれの踏力の総和の大きさは、利用者負担支持力の大きさに等しい。本実施形態では、踏力計測用力センサ２２ａ，２２ｂは、利用者Ｐの足平の中趾節関節(ＭＰ関節)の直下箇所と踵の直下箇所との前後２箇所で利用者Ｐの足平の底面に対向するように靴２ａ内の中敷２ｃの下面に取付けられている。これらの踏力計測用力センサ２２ａ，２２ｂは、それぞれ１軸力センサにより構成され、靴２ａの底面に垂直な方向の並進力に応じた出力を発生する。
【００４７】
また、図４に示すように、各動力伝達機構１０の連結ロッド１８の第３関節８の寄りの箇所に、ロッド伝達力計測用力センサとしてのひずみゲージ式力センサ２３が取り付けられている。このひずみゲージ式センサ２３は、連結ロッド１８の外周面に固着された複数のひずみゲージ（図示省略）によって構成される公知のセンサであり、連結ロッド１８にその長手方向で作用する並進力に応じた出力を発生する。なお、ひずみゲージ式力センサ２３は、連結ロッド１８の長手方向の並進力に対しては、高い感度を有するが、連結ロッド１８のせん断方向（横断方向）の力に対する感度は十分に微小なものとなる。
【００４８】
また、各脚リンク３の第３関節８の変位角度（下腿フレーム７の大腿フレーム５に対する基準位置からの相対回転角度）を表すものとしての各脚リンク３の屈曲角度を計測するために、各回転アクチュエータ９の出力軸９ａの回転角度（基準位置からの回転角度）に応じた出力を発生するロータリエンコーダなどの角度センサ２４（図３に示す）が、回転アクチュエータ９と一体に大腿フレーム５に搭載されている。本実施形態では、各脚リンク３の第３関節８での屈曲角度は、各回転アクチュエータ９の出力軸９ａの回転角度に応じて一義的に定まる。従って、角度センサ２４の出力は、各脚リンク３の屈曲角度に応じた出力を発生する。なお、各脚リンク３の第３関節８は、膝関節に相当するものであるので、以降の説明では、第３関節８での各脚リンク３の屈曲角度を膝角度という。
【００４９】
補足すると、各脚リンク３の第３関節８にロータリエンコーダなどの角度センサを搭載し、その角度センサにより直接的に各脚リンク３の膝角度を計測し得るようにしてもよい。
【００５０】
次に、前記コントローラ２１の機能をより詳細に図５および図６を参照して説明する。図５は、コントローラ２１のハード構成の概略を示すブロック図、図６は、コントローラ２１の演算処理部の処理機能を示すブロック図である。なお、以降の説明では、左右を区別するために、参照符号の末尾に符号“Ｒ”、“Ｌ”を付加することがある。例えば利用者Ｐの前方に向かって右側の脚リンク３を“脚リンク３Ｒ”、左側の脚リンク３を“脚リンク３Ｌ”というように表記する。各参照符号の末尾の符号“Ｒ”、“Ｌ”は、それぞれ、右側の脚リンク３Ｒ、左側の脚リンク３Ｌに関連するものという意味で使用する。
【００５１】
図５に示すように、コントローラ２１は、演算処理部５１と、回転アクチュエータ９Ｒ，９Ｌのそれぞれの電動モータ１５Ｒ，１５Ｌに通電するドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌとを備える。演算処理部５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータにより構成され、前記踏力計測用力センサ２２ａＲ，２２ｂＲ，２２ａＬ，２２ｂＬの出力と、ひずみゲージ式力センサ２３Ｒ，２３Ｌの出力と、角度センサ２４Ｒ，２４Ｌの出力とがＡ／Ｄ変換器などから構成されるインターフェース回路（図示しない）を介して入力される。そして、該演算処理部５１は、入力された検出データと、あらかじめ記憶保持した参照データおよびプログラムとを用いて所要の演算処理を実行し、各電動モータ１５Ｒ，１５Ｌの通電電流の指令値（目標値）である指示電流値Icmd_R，Icmd_Lを決定する。そして、演算処理部５１は、この指示電流値Icmd_R，Icmd_Lの電流を各電動モータ１５Ｒ，１５Ｌに通電させるように各ドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌを制御する。これにより、各電動モータ１５Ｒ，１５Ｌの出力トルク、ひいては、各回転アクチュエータ９Ｒ，９Ｌの出力トルクが制御される。
【００５２】
演算処理部５１は、上記指示電流値Icmd_R，Icmd_Lを決定するために、図６のブロック図で示すような機能的手段を備えている。この機能的手段は、演算処理部５１に実装されたプログラムによって実現される機能である。
【００５３】
演算処理部５１は、図６に示すように、右側の踏力計測用力センサ２２ａＲ，２２ｂＲの出力に基づき利用者Ｐの右脚の踏力を計測する右側踏力計測処理手段６０Ｒと、左側の踏力計測用力センサ２２ａＬ，２２ｂＬの出力に基づき利用者Ｐの左脚の踏力を計測する左側踏力計測処理手段６０Ｌと、右側の角度センサ２４Ｒの出力に基づき脚リンク３Ｒの膝角度を計測する右側膝角度計測処理手段６１Ｒと、左側の角度センサ２４Ｌの出力に基づき脚リンク３Ｌの膝角度を計測する左側膝角度計測処理手段６１Ｌと、右側のひずみゲージ式力センサ２３Ｒの出力に基づき動力伝達機１０Ｒの連結ロッド１８Ｒに作用するロッド伝達力（連結ロッド１８Ｒの長手方向に作用する並進力）を計測する右側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｒと、左側のひずみゲージ式力センサ２３Ｌの出力に基づき動力伝達機１０Ｌの連結ロッド１８Ｌに作用するロッド伝達力（連結ロッド１８Ｌの長手方向に作用する並進力）を計測する左側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｌとを備えている。
【００５４】
また、演算処理部５１は、前記補助装置負担支持力のうちの各脚リンク３Ｒ，３Ｌの負担分の目標値Fcmd_R，Fcmd_Lを決定する左右目標負担分決定手段６３を備える。この左右目標負担分決定手段６３には、目標値Fcmd_R，Fcmd_Lを決定するために、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌで計測された左右の踏力の値（計測値）Fft_R，Fft_Lが入力される。
【００５５】
補足すると、脚リンク３Ｒ，３Ｌにそれぞれ第２関節６Ｒ，６Ｌを介して床側から作用する支持力の総和（以降、総持上げ力という）は、より正確に言えば、前記補助装置負担支持力から、両足平装着部２Ｒ，２Ｌを床に支える支持力を差し引いたものとなる。換言すれば、上記総持上げ力は、歩行補助装置Ａの両足平装着部２Ｒ，２Ｌを除いた部分と利用者Ｐの体重の一部とを支える上向きの並進力としての意味を持つ。ただし、両足平装着部２Ｒ，２Ｌの総重量は、歩行補助装置Ａの総重量に比して充分に小さいので、総持上げ力は、前記補助装置負担支持力にほぼ一致する。以降の説明では、前記補助装置負担支持力のうちの各脚リンク３Ｒ，３Ｌの負担分を総持上げ力負担分という。また、各脚リンク３Ｒ，３Ｌの総持上げ力負担分の目標値Fcmd_R，Fcmd_Lを脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lという。
【００５６】
演算処理部５１は、さらに、前記右側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｒによる連結ロッド１８Ｒのロッド伝達力の計測値Frod_Rと前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側の脚リンク負担目標値Fcmd_Rと前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒによる脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rとを基に、電動モータ１５Ｒの指示電流値Icmd_Rを決定する右側指示電流決定手段６４Ｒと、前記左側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｌによる連結ロッド１８Ｌのロッド伝達力の計測値Frod_Lと前記左右目標負担分決定手段６３で決定された左側の脚リンク負担目標値Fcmd_Lと前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌによる脚リンク３Ｌの膝角度の計測値θ1_Lとを基に、電動モータ１５Ｌの指示電流値Icmd_Lを決定する左側指示電流決定手段６４Ｌとを備えている。
【００５７】
次に、演算処理部５１の処理の詳細を説明する。利用者の各足平に各足平装着部２を装着し、さらに、着座部１を利用者の股下に配置した状態で、コントローラ２１の電源が投入される。このとき、演算処理部５１は、所定の制御処理周期で、以下に説明する処理を実行する。
【００５８】
各制御処理周期において、演算処理部５１は、まず、前記踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理、膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理、並びにロッド伝達力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理を実行する。なお、膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理と、ロッド伝達力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理とは、後述する左右目標負担分決定手段６３の処理の後に、もしくは該処理と並行して、行うようにしてもよい。
【００５９】
踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理は、次のように行われる。その処理のアルゴリズムは、いずれの踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌでも同じであり、以下に右側踏力計測処理手段６０Ｒの処理を代表的に説明する。
【００６０】
右側踏力計測処理手段６０Ｒは、踏力計測用力センサ２２ａＲ，２２ｂＲのそれぞれの出力が示す力検出値（より詳しくは、ノイズ成分を除去するためのローパス特性のフィルタリングを施した後の力検出値）を互いに加え合わせてなる値を、利用者Ｐの右脚の踏力の計測値Fft_Rとして得る。左側計測処理手段６０Ｌの処理も同様である。
【００６１】
なお、各踏力計測処理手段６０の処理では、それぞれに対応する踏力計測用力センサ２２ａ，２２ｂによる力検出値の総和が、所定の下限値以下の微小値である場合に、踏力の計測値Fftを強制的に“０”に設定したり、あるいは、当該総和が所定の上限値を超えている場合に、踏力の計測値Fftを強制的に該上限値に設定するリミット処理を付加するようにしてもよい。本実施形態では、後述するように、基本的には、利用者Ｐの右脚の踏力の計測値Fft_Rと左脚の踏力の計測値Fft_Lとの相互の割合いに応じて、脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lの相互の割合いが決定されるので、各踏力計測処理手段６０の処理に上記リミット処理を付加することは、該脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lの相互の割合いの頻繁な変動を抑制する上で有効である。
【００６２】
また、膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理は、次のように行われる。その処理のアルゴリズムは、いずれの膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌでも同じであり、以下に右側膝角度計測処理手段６１Ｒの処理を代表的に説明する。右側膝角度計測処理手段６１Ｒは、角度センサ２４Ｒの出力が示す回転アクチュエータ９Ｒの出力軸９ａＲの回転角度から、あらかじめ設定された演算式またはデータテーブル（該回転角度と脚リンク３Ｒの膝角度との関係を表す演算式またはデータテーブル）に基づいて、脚リンク３Ｒの膝角度の暫定計測値を求める。そして、右側膝角度計測処理手段６１Ｒは、この暫定計測値に、ノイズ成分を除去するためのローパス特性のフィルタリングを施すことによって、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rを得る。左側膝角度計測処理手段６１Ｌの処理も同様である。
【００６３】
なお、本実施形態では、以上説明した膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌによって、本発明における関節角度計測手段が実現される。
【００６４】
補足すると、各膝角度計測処理手段６１で計測する膝角度は、前記図２に示した角度θ１でよいが、その角度θ1の補角（＝１８０°−θ１）であってもよい。あるいは、例えば、各脚リンク３の第３関節８の関節軸方向で見たときに、各脚リンク３の大腿フレーム５の長手方向と、該脚リンク３の第３関節８と第２関節６とを結ぶ直線との成す角度を膝角度として定義するようにしてもよい。以降の説明では、各膝角度計測処理手段６１で計測する膝角度は、図２に示した角度θ１であるとする。
【００６５】
また、ロッド伝達力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理は次のように行われる。その処理のアルゴリズムは、いずれのロッド伝達力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌでも同じであり、以下に右側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｒの処理を代表的に説明する。右側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｒは、入力されるひずみゲージ式力センサ２３Ｒの出力の電圧値を、あらかじめ設定された演算式またはデータテーブル（該出力電圧とロッド伝達力との関係を表す演算式またはデータテーブル）に基づいて、ロッド伝達力の計測値Frod_Rに変換する。右側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｒの処理も同様である。なお、この場合、各ひずみゲージ式力センサ２３の出力値、あるいは、各ロッド伝達力の計測値Frodにローパス特性のフィルタリング処理を施して、ノイズ成分を除去するようにしてもよい。
【００６６】
補足すると、本実施形態では、以上説明したロッド伝達力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌによって、本発明におけるロッド伝達力計測手段が実現される。
【００６７】
次いで、演算処理部５１は、前記左右目標負担分決定手段６３の処理を実行する。この処理を図７を参照して以下に詳説する。図７は左右目標負担分決定手段６３の処理を示すフローチャートである。
【００６８】
まず、Ｓ１０１〜Ｓ１０４の処理が実行され、前記総持上げ力（≒前記補助装置負担支持力）の目標値に対する右側の脚リンク負担目標値の比率である右分配比と、総持上げ力の目標値に対する左側の脚リンク負担目標値の比率である左分配比とが決定される。これらの右分配比と左分配比との総和は、“１”である。
【００６９】
Ｓ１０１では、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌによってそれぞれ求められた右脚の踏力の計測値Fft_Rと、左脚の踏力の計測値Fft_Lとの総和Fft_all（＝Fft_R＋Fft_L）が算出される。
【００７０】
次いで、Ｓ１０２において、右脚の踏力の計測値Fft_RをFft_allで除算してなる値Fft_R／Fft_allが、右分配比の暫定値として設定される。
【００７１】
次いで、Ｓ１０３において、この右分配比の暫定値にローパス特性のフィルタリングを施すことによって、最終的に右分配比（今回の制御処理周期での右分配比）が決定される。そして、Ｓ１０４において、上記の如く決定した右分配比を“１”から減算することによって、左分配比が決定される。なお、Ｓ１０３のフィルタリング処理は、右分配比の急激な変化（ひいては、左分配比の急激な変化）を抑制するための処理である。
【００７２】
補足すると、Ｓ１０２で右分配比の暫定値を決定する代わりに、左分配比の暫定値を決定し、その暫定値にローパス特性のフィルタリング処理を施したものを左分配比として決定してもよい。そして、このように決定した左分配比を、“１”から減算することによって、右分配比を決定するようにしてもよい。この場合は、Ｓ１０２では、左脚の踏力の計測値Fft_LをFft_allで除算してなる値Fft_L／Fft_allを左分配比の暫定値として決定すればよい。
【００７３】
上記のように右分配比および左分配比を決定した後、左右目標負担分決定手段６３は、次に、Ｓ１０５において、前記総持上げ力の目標値に、右分配比、左分配比をそれぞれ乗じることによって、右側脚リンク３Ｒの総持上げ力負担分の目標値である脚リンク負担目標値Fcmd_Rと、左側脚リンク３Ｌの総持上げ力の目標値である脚リンク負担目標値Fcmd_Lとを決定する。
【００７４】
ここで、総持上げ力の目標値は、本実施形態では、あらかじめ次のように設定され、図示しないメモリに記憶保持されている。例えば、歩行補助装置Ａの全体の重量（または該全体の重量から両足平装着部２，２の総重量を差し引いた重量）と、着座部１から利用者Ｐに作用させる持上げ力によって支えようとする利用者Ｐの体重の一部の重量（例えば利用者Ｐの全体重にあらかじめ設定した割合を乗じた重量）とを加え合わせた重量に作用する重力（該重量×重力加速度）の大きさが総持上げ力の目標値として設定される。この場合、結果的には、利用者Ｐの体重の一部の重量に作用する重力と同等の大きさの上向きの並進力が、着座部１から利用者Ｐへの目標とする持上げ力として設定されることとなる。なお、着座部１から利用者Ｐへの目標とする持上げ力の大きさを直接的に設定し得るようにして、その目標とする持上げ力と、歩行補助装置Ａの全体の重量（または該全体の重量から両足平装着部２，２の総重量を差し引いた重量）に作用する重力の大きさとの総和を総持上げ力の目標値として設定するようにしてもよい。また、歩行補助装置Ａの運動によって発生する上下方向の慣性力が上記重力に比して比較的大きくなる場合には、該慣性力と上記重力との総和の力の大きさを総持上げ力の目標値として設定してもよい。この場合、該慣性力を逐次推定する必要があるが、その推定は、例えば前記特許文献２に記載された手法によって行うことができる。
【００７５】
以上が左右目標負担分決定手段６３の処理である。この処理により、左右目標負担分決定手段６３は、右側の脚リンク負担目標値Fcmd_Rと左側の脚リンク負担目標値Fcmd_Lとを、それらの相互の割合い（比率）が利用者Ｐの右脚の踏力の計測値Fft_Rと左脚の踏力の計測値Fft_Lとに応じて決定された右分配比と左分配比との比率（Fft_RとFft_Lとの比率）に一致するように決定することとなる。
【００７６】
補足すると、本実施形態では、以上説明した左右目標負担分決定手段６３によって、本発明における目標支持力設定手段が実現される。この場合、脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lが本発明における目標支持力に相当する。
【００７７】
以上のようにして左右目標持上げ力決定手段６３の処理を実行した後、演算処理部５１は、指示電流決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理を実行する。その処理のアルゴリズムは、いずれの指示電流決定手段６４Ｒ，６４Ｌでも同じであり、以下に右側指示電流決定手段６４Ｒ処理を図８を参照して代表的に説明する。図８は、該右側指示電流決定手段６４Ｒの機能的手段を示すブロック図である。なお、この右側指示電流決定手段６４Ｒ処理の説明では、各参照符号の末尾に符号“Ｒ”、“Ｌ”を付記するのを省略するが、特にことわらない限り、各参照符号は、右側の脚リンク３Ｒに関するもの（符号“Ｒ”の付記が省略されているもの）であるとする。
【００７８】
右側指示電流決定手段６４は、前記右側ロッド伝達力計測処理手段６２による連結ロッド１８のロッド伝達力の計測値Frodを、該計測値Frodに対応して第３関節８に実際に付与される駆動トルクの値Tact（以下、実関節トルクTactという）に変換するトルク変換手段６４ａと、前記左右目標負担分決定手段６３により決定された右側脚リンク負担目標値Fcmdに対応して、第３関節８に付与すべき駆動トルクの目標値の基本値である基本目標トルクTcmd1を求める基本目標トルク演算手段６４ｂと、第３関節８を駆動する際に、下腿フレーム７が大腿フレーム５に対して回転運動することに起因して発生する摩擦力などの影響を補償するために第３関節８に付加的に付与すべきトルクTcor（以下、下腿補償トルクTcorという）を求める下腿補償トルク演算手段６４ｃとを備える。
【００７９】
さらに、右側指示電流決定手段６４は、基本目標トルク演算手段６４ｂで求めた基本目標トルクTcmd1に、下腿補償トルク演算手段６４ｃで求めた下腿補償トルクTcorを加えることにより、第３関節８に回転アクチュエータ９から動力伝達機構１０を介して付与すべき駆動トルクの最終的な（今回の制御処理周期における）目標値としての目標関節トルクTcmdを決定する加算演算手段６４ｄと、この目標関節トルクTcmdとトルク変換手段６４ａで求められた実関節トルクTactとの偏差Terr（＝Tcmd−Tact）を求める減算演算手段６４ｅと、該偏差Terrを“０”にする（TactをTcmdに一致させる）ために必要な電動モータ１５の指示電流値のフィードバック操作量Ifbを求めるフィードバック演算手段６４ｆと、右側脚リンク３の実際の総持上げ力負担分が脚リンク負担目標値になるようにするために要求される電動モータ１５の指示電流値のフィードフォワード操作量Iffを求めるフィードフォワード演算手段６４ｇと、フィードバック操作量Ifbとフィードフォワード操作量Iffとを加え合わせることで、最終的に指示電流値Icmdを決定する加算演算手段６４ｈとを備える。
【００８０】
そして、右側指示電流決定手段６４は、まず、トルク変換手段６４ａ、基本目標トルク演算手段６４ｂ、および下腿補償トルク演算手段６４ｃの処理を次のように実行する。
【００８１】
トルク変換手段６４ａには、右側動力伝達機構１０の連結ロッド１８のロッド伝達力の計測値Frodと、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1とが入力される。
【００８２】
ここで、前記連結ロッド１８の長手方向（＝ロッド伝達力の方向）に直交する方向での、第３関節８の関節軸と、連結ロッド１８の枢着部１８ｂとの距離をｒとおくと、ロッド伝達力の計測値Ｆrodに、この距離ｒ（以下、有効半径長ｒという）を乗じてなる値が、前記実関節トルクTactとなる。そして、該有効半径長ｒは、右側脚リンク３の膝角度に応じて定まる。そこで、トルク変換手段６４ａは、入力された膝角度の計測値θ1から、あらかじめ設定された演算式もしくはデータテーブル（膝角度と有効半径長との関係を表す演算式またはデータテーブル）により有効半径長ｒを求める。そして、トルク変換部６４ａは、その求めた有効半径長ｒを、入力されたロッド伝達力の計測値Frodに乗じることによって、計測値Frodのロッド伝達力によって、第３関節８に付与される実関節トルクTactを求める。
【００８３】
なお、このトルク変換手段６４ａの処理は、換言すれば、ロッド伝達力のベクトルと、連結ロッド１８の枢着部１８ｂの、第３関節８の関節軸に対する位置ベクトルとのベクトル積（外積）を算出する演算処理である。
【００８４】
補足すると、本実施形態では、ロッド伝達力によって第３関節８に付与される駆動トルクを本発明における制御量として使用する。従って、トルク変換手段６４ａが上記の如く求める実関節トルクTactは、該制御量の計測値に相当するものである。
【００８５】
基本目標トルク演算手段６４ｂには、左右目標負担分決定手段６３により決定された右側の脚リンク負担目標値Fcmdと、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1とが入力される。そして、基本目標トルク演算手段６４ｂは、これらの入力値から、次のようにして基本目標トルクTcmd1を求める。この処理を、図９を参照して以下に説明する。図９は、脚リンク３の要部構成を模式化して示している。
【００８６】
図９を参照して、床側から第２関節６を介して脚リンク３に作用する支持力は、第２関節６からガイドレール１１の曲率中心４ａに向かう並進力と見なすことができ、この並進力の大きさの目標値が、前記脚リンク負担目標値Fcmdとなる。そして、この脚リンク負担目標値Fcmdの大きさの並進力（支持力）を床側から脚リンク３に作用させたと仮定した場合に、該並進力のベクトルによって第３関節８の関節軸のまわりに発生するモーメントに釣り合うトルクが、求めるべき前記基本目標トルクTcmd1である。
【００８７】
ここで、図示の如く、ガイドレール１１の曲率中心４ａと第３関節８とを結ぶ線分をＳ１、第３関節８と第２関節６とを結ぶ線分をＳ２、ガイドレール１１の曲率中心４ａと第２関節６とを結ぶ線分をＳ３とおく。また、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のそれぞれの長さをＬ１，Ｌ２，Ｌ３とおく。そして、線分Ｓ２と線分Ｓ３とのなす角度をθ2とおくと、脚リンク負担目標値Fcmdと、基本目標トルクTcmd1との間には、次式（１）の関係が成立する。
【００８８】
Ｔcmd＝（Fcmd・sinθ2）・Ｌ２      ……（１）
この式（１）の右辺は、脚リンク負担目標値Fcmdの大きさの並進力（支持力）を床側から脚リンク３に作用させたと仮定した場合に、該並進力のベクトルによって第３関節８の関節軸のまわりに発生するモーメントの大きさを示している。
【００８９】
そこで、基本目標トルク演算手段６４ｂは、この式（１）により、基本目標トルクTcmd1を求める。この場合、この式（１）の右辺の演算に必要なＬ２の値は、一定値であり、あらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている。また、角度θ2は、線分Ｓ１の長さＬ１と、線分Ｓ２の長さＬ２と、入力される右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1とから幾何学的な演算によって、求められる。なお、線分Ｓ１の長さＬ１は、Ｌ２と同様に一定値であり、あらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている。
【００９０】
具体的には、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を３辺とする三角形において、次式（２），（３）の関係式が成り立つ。
【００９１】
Ｌ３2＝Ｌ１2＋Ｌ２2−２・Ｌ１・Ｌ２・cos（180°−θ1）    ……（２）
Ｌ１2＝Ｌ２2＋Ｌ３2−２・Ｌ２・Ｌ３・cosθ2    ……（３）
従って、Ｌ１，Ｌ２の値と、膝角度の計測値θ1とから式（２）により、Ｌ３を算出できる。そして、その算出したＬ３の値と、Ｌ１，Ｌ２の値とから式（３）により、角度θ2を算出できる。
【００９２】
以上が基本目標トルク演算手段６４ｂの処理である。補足すると、本実施形態では、前記したように、第３関節８の駆動トルクを本発明における制御量として使用するので、以上説明した基本目標トルク演算手段６４ｂによって、本発明における制御量基本目標値決定手段が実現される。
【００９３】
下腿補償トルク演算手段６４ｃには、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1が入力される。そして、下腿補償トルク演算手段６４ｃは、入力された計測値θ1を使用して、次式（４）のモデル式の演算を行うことにより、下腿補償トルクTcorを算出する。
【００９４】
Tcor＝A1・θ1＋A2・sgn（ω1）＋A3・ω1＋A4・β1＋A5・sin（θ1／２）……（４）
ここで、式（４）の右辺におけるω1は右側脚リンク３の膝角度の時間的変化率（微分値）としての膝角速度、β1は該膝角速度ω1の時間的変化率（微分値）としての膝角加速度、sgn（  ）は符号関数である。また、A1，A2，A3，A4，A5は、あらかじめ定められた値の係数である。
【００９５】
式（４）の右辺の第１項は、右側脚リンク３を伸展方向に付勢するバネ（図示しない）によって、第３関節８に付与されるトルクの大きさの分だけ、脚リンク３の伸展方向の目標関節トルクTcmdを基本目標トルクTcmd1から減少させるための項である。また、右辺の第２項は、右側脚リンク３の第３関節８における大腿フレーム５と下腿フレーム７との間の摩擦力（動摩擦力）に起因して該第３関節８に発生する抵抗力に抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。また、右辺の第３項は、右側脚リンク３の第３関節８における大腿フレーム５と下腿フレーム７との間の粘性抵抗、すなわち、膝角速度ω1に応じて粘性的な抵抗力に抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。また、右辺の第４項は、膝角加速度β1に応じて発生する慣性力モーメント、より詳しくは、右側脚リンク３の第３関節８よりも足平装着部２側の部分（下腿フレーム７と第２関節６と足平装着部２とから構成される部分）の運動による慣性力に起因して第３関節８に発生する抵抗力のモーメントに抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。また、右辺の第５項は、右側脚リンク３の第３関節８よりも足平装着部２側の部分（下腿フレーム７と第２関節６と足平装着部２とから構成される部分）に作用する重力に起因して第３関節８に発生する抵抗力のモーメントに抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。
【００９６】
なお、第５項における正弦関数sin（  ）を作用させるべき角度は、本来は、前記図９の線分Ｓ２（第３関節８と第２関節６とを結ぶ線分）と鉛直方向（重力方向）とがなす角度である。本実施形態では、大腿フレーム５の長さと下腿フレーム７との長さとが概ね等しいため、線分Ｓ２と鉛直方向とがなす角度は、近似的に、膝角度計測処理手段６１で計測する脚リンク３の膝角度の１／２の角度となる。そこで、本実施形態では、第５項における正弦関数sin（  ）を作用させる角度を“θ1／２”とした。ただし、加速度センサや傾斜計などを歩行補助装置Ａに搭載し、重力方向に対する下腿フレーム７の傾斜角度（線分Ｓ２の傾斜角度）を検出し得るようにした場合には、その傾斜角度を第５項における“θ1／２”の代わりに使用することが望ましい。
【００９７】
下腿補償トルク演算手段６４ｃは、上記した式（４）の右辺の演算を行うために、その演算に必要な膝角速度ω1の値と、膝角加速度β1の値とを、右側膝角度計測処理手段６１から逐次入力される右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1の時系列から逐次算出する。そして、下腿補償トルク演算部６４ｃは、入力された右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1（今回値）と、算出した膝角速度ω1の値（今回値）および膝角加速度β1の値（今回値）と用いて、式（４）の右辺の演算を行うことによって、下腿補償トルクTcorを算出する。なお、“今回値”は、演算処理部５１の現在の制御処理周期で求めた値を意味する。
【００９８】
補足すると、式（４）の演算に使用する各係数A1，A2，A3，A4，A5の値は、あらかじめ、式（４）の左辺の値（実測値）と右辺の値（演算値）との差の２乗値を最小化するような同定アルゴリズムによって実験的に同定され、図示しないメモリに記憶保持される。
【００９９】
以上が下腿補償トルク演算手段６４ｃの処理である。このようにして下腿補償トルク演算手段６４ｃが求める下腿補償トルクTcorは、前記基本目標トルクTcmd1を補正するための付加的補正量としての意味を持つ。従って、本実施形態では、この下腿補償トルク演算手段６４ｃによって、本発明における補正量決定手段が実現されている。
【０１００】
補足すると、式（４）のモデル式は、脚リンク３を伸展方向に付勢するバネを備えたものを前提とする式であるが、該バネを省略した場合には、式（４）の右辺の第１項は、不要である。また、式（４）の右辺の各項のうちの第２項は、他の項に比べて一般に比較的小さい値となるので、省略してもよい。また、式（４）の右辺の第３項、第４項、第５項のうち、他の項よりも比較的小さい値となる項を省略したモデル式によって、下腿補償トルクTcorを決定するようにしてもよい。例えば、右側脚リンク３の第３関節８よりも足平装着部２側の部分が十分に軽量である場合には、第４項と第５項の両方または一方を省略してもよい。
【０１０１】
右側指示電流決定手段６４は、以上の如くトルク変換手段６４ａ、基本目標トルク演算手段６４ｂ、および下腿補償トルク演算手段６４ｃの処理を実行した後、加算演算手段６４ｄの処理を実行する。この処理では、基本目標トルク演算手段６４ｂおよび下腿補償トルク演算手段６４ｃによりそれぞれ求められた基本目標トルクTcmd1と下腿補償トルクTcorとが加え合わされる。換言すれば、基本目標トルクTcmd1が下腿補償トルクTcorにより補正される。これにより、目標関節トルクTcmd（＝Tcmd1＋Tcor）が算出される。
【０１０２】
このようにして算出される目標関節トルクTcmdは、本発明における制御量目標値に相当するものである。該目標関節トルクTcmdは、換言すれば、着座部１から利用者Ｐに目標とする持上げ力を作用させる上で必要な第３関節８の駆動トルクの目標値である。
【０１０３】
補足すると、本実施形態では、前記基本目標トルク演算手段６４ｂと、下腿補償トルク演算手段６４ｃと、加算演算手段６４ｄとにより、本発明における制御量目標値設定手段が実現される。
【０１０４】
右側指示電流決定手段６４は、さらに、減算演算手段６４ｅの処理を実行する。この処理では、加算演算手段６４ｄで求められた目標関節トルクTcmdから、トルク変換手段６４ａで求められた実関節トルクTactを減算することによって、TcmdとTactとの偏差Terr（＝Tcmd−Tact）が算出される。
【０１０５】
次いで、右側指示電流決定手段６４は、フィードバック演算手段６４ｆの処理を実行する。このとき、フィードバック演算手段６４ｆには、偏差Terrが入力される。そして、該フィードバック演算手段６４ｆは、入力された偏差Terrから所定のフィードバック制御則により、指示電流値Icmdのフィードバック成分としてのフィードバック操作量Ifbを算出する。該フィードバック制御則としては、例えばＰＤ則（比例・微分則）が使用される。この場合、上記偏差Terrに所定のゲインＫpを乗じたもの（比例項）と、偏差Terrに所定のゲインＫdを乗じたものの微分値（微分項）とを加え合わせることによりフィードバック操作量Ｉfbが算出される。なお、本実施形態では、電動モータの電流変化（出力トルクの変化）に対する着座部１の持上げ力の変化の感度が、脚リンク３の膝角度に応じて変化する。そこで、本実施形態では、フィードバック演算手段６４ｆには、偏差Terrに加えて、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1も入力される。そして、フィードバック演算手段６４ｆは、上記比例項および微分項の各ゲインＫp，Ｋｄの値を、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1に応じて、あらかじめ定められた図示しないデータテーブル（膝角度と各ゲインＫp，Ｋｄとの関係を示すデータテーブル）により可変的に設定する。
【０１０６】
一方、右側指示電流決定手段６４は、フィードバック演算手段６４ｆの処理と並行して、フィードフォワード演算手段６４ｇの処理を実行する。この場合、フィードフォワード演算手段６４ｇには、左右目標負担分決定手段６３により決定された右側の脚リンク負担目標値Fcmdと、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1とが入力される。
【０１０７】
そして、フィードフォワード演算手段６４ｇは、次式（５）で表されるモデル式により、電動モータ１５の指示電流値のフィードフォワード成分としてのフィードフォワード操作量Ｉffを算出する。
【０１０８】
Ｉff＝B1・Ｔcmd1＋B2・ω1＋B3・sgn（ω1）＋B4・β1＋B5・θ1    ……（５）
ここで、式（５）の右辺におけるＴcmd1は、前記基本目標トルク演算手段６４ｂにより求められる基本目標トルクTcmd1と同じである。また、ω1，β1は、前記式（４）に関して説明した通り、それぞれ膝角速度、膝角加速度である。また、B1，B2，B3，B4，B5は、あらかじめ定められた値の係数である。
【０１０９】
そして、式（５）の右辺の第１項は、基本目標トルクＴcmd1の駆動トルク、換言すれば、右側の脚リンク負担目標値Fcmdの支持力を床側から右側脚リンク３に作用させたと仮定した場合に、第３関節８の関節軸まわりに発生するモーメントに釣り合う駆動トルクを、右側脚リンク３の第３関節８に付与するために要求される電動モータ１５の通電電流の基本要求値を意味する。また、右辺の第２項は、右側脚リンク３の第３関節８における大腿フレーム５と下腿フレーム７との間の粘性抵抗、すなわち、膝角速度ω1に応じて発生する大腿フレーム５と下腿フレーム７との間の粘性的な抵抗力に抗する駆動トルクを第３関節８に付与するために要求される電動モータ１５の通電電流の成分を意味する。また、右辺の第３項は、右側脚リンク３の第３関節８における大腿フレーム５と下腿フレーム７との間の動摩擦力に抗する駆動トルクを第３関節８に付与するために要求される電動モータ１５の通電電流の成分を意味する。また、右辺の第４項は、膝角加速度β1に応じて発生する慣性力モーメントに抗する駆動トルクを第３関節８に付与するために要求される電動モータ１５の通電電流の成分を意味する。また、右辺の第５項は、右側脚リンク３を伸展方向に付勢するバネ（図示しない）によって第３関節８に付与されるトルクの大きさの分だけ、脚リンク３の伸展方向の駆動トルクを発生する電動モータ１５の通電電流を減少させるための項である。
【０１１０】
この場合、フィードフォワード演算手段６４ｇは、下腿補償トルク演算手段６４ｃの処理の場合と同様に、式（５）の右辺の演算に必要なω1およびβ1を、入力される右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1の時系列から算出する。また、フィードフォワード演算手段６４ｇは、前記基本目標トルク演算手段６４ｂと同じ演算処理によって、入力される右側の脚リンク負担目標値Fcmdと膝角度の計測値θ1とから、式（５）の右辺の演算に必要な基本目標トルクＴcmd1を算出する。そして、フィードフォワード演算手段６４ｇは、入力された右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1（今回値）と、算出した膝角速度ω1の値（今回値）と、膝角加速度β1の値（今回値）と、算出した基本目標トルクTcmd1の値（今回値）と用いて、式（５）の右辺の演算を行うことによって、フィードフォワード操作量Iffを算出する。
【０１１１】
補足すると、式（５）の演算に使用する各係数B1，B2，B3，B4，B5の値は、あらかじめ、式（５）の左辺の値（実測値）と右辺の値（演算値）との差の２乗値を最小化するような同定アルゴリズムによって実験的に同定され、図示しないメモリに記憶保持される。なお、式（５）のモデル式は、脚リンク３を伸展方向に付勢するバネを備えたものを前提とする式であるが、該バネを省略した場合には、式（５）の右辺の第５項は、不要である。また、式（５）の右辺の各項のうち、例えば第２項または第４項を省略したモデル式によって、フィードフォワード操作量Iffを決定するようにしてもよい。また、フィードフォワード演算手段６４ｇに、脚リンク負担目標値Fcmdを入力する代わりに、前記基本目標トルク演算手段６４ｂにより算出される基本目標トルクTcmd1を入力してもよい。この場合には、フィードフォワード演算手段６４ｇでTcmd1を算出する必要はない。
【０１１２】
指示電流決定手段６４は、以上のように、フィードバック演算手段６４ｆおよびフィードフォワード演算手段６４ｇの処理を実行した後、加算演算手段６４ｈの処理を実行する。この処理では、フィードバック演算手段６４ｆおよびフィードフォワード演算手段６４ｇでそれぞれ求められたフィードバック操作量Ifbとフィードフォワード操作量Iffとが加え合わされる。これにより右側電動モータ１５の指示電流値Icmdが算出される。
【０１１３】
以上が、右側指示電流決定手段６４Ｒの処理の詳細である。左側指示電流決定手段６４Ｌの処理も同様に行われる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、以上説明した指示電流決定手段６４Ｒ，６４Ｌによって、本発明におけるアクチュエータ制御手段が実現される。
【０１１５】
演算処理部５１は、以上の如く各指示電流決定手段６４Ｒ，６４Ｌで決定した指示電流値Icmd_R，Icmd_Lを、それぞれ各電動モータ１５Ｒ，１５Ｌに対応するドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌに出力する。このとき、各ドライバ回路５２は、与えられた指示電流値Icmdに従って各電動モータ１５に通電する。
【０１１６】
以上説明した演算処理部５１の制御処理が、所定の制御処理周期で実行される。これにより、各脚リンク３の実関節トルクTactが、目標関節トルクTcmdに一致するように（収束するように）、各電動モータ１５の出力トルク、ひいては、各脚リンク３の第３関節８に付与する駆動トルクがフィードバック制御されることとなる。その結果、着座部１から利用者Ｐに目標とする持上げ力（利用者Ｐの体重の一部を支え得る大きさの並進力）が作用し、利用者Ｐの脚の負担が軽減されることとなる。
【０１１７】
この場合、各動力伝達機構１０の連結ロッド１８のロッド伝達力の大きさは、脚リンク３を伸展方向に付勢する駆動トルクを第３巻関節３に付与する際に最も大きくなるものの、その大きさは、脚リンク３に床側から作用する支持力に比して十分に小さい。また、脚リンク３を伸展方向に付勢する際に連結ロッド１８に作用するロッド伝達力は、引張り力である。このため、連結ロッド１８の変形が生じにくく、該連結ロッドの横断方向（せん断方向）など、該連結ロッドの長手方向以外の方向の力が作用しにくい。さらに、ロッド伝達力の大きさの範囲は、各脚リンク３に床側から作用する支持力の大きさの範囲に比して十分に小さいものとなる。また、ひずみゲージ式力センサ２３は、連結ロッド１８の長手方向以外の力に対する感度は、長手方向の力に対する感度に比して十分に小さい。
【０１１８】
このため、各ロッド伝達力計測手段６２は、連結ロッド１８の長手方向のロッド伝達力、すなわち、第３関節８の駆動トルクを発生させるロッド伝達力を、ひずみゲージ式力センサ２３の出力に基づいて、精度よく安定に計測することができる。そして、このロッド伝達力の計測値Frodをフィードバックして、電動モータ１５の出力トルクを制御するので、回転アクチュエータ９から第３関節８に付与する駆動トルクを、着座部１から目標とする持上げ力を利用者Ａに作用させ得る目標関節トルクTcmdに安定に制御することができる。
【０１１９】
また、本実施形態では、第３関節８における摩擦力や慣性力モーメントなどを考慮して、基本目標トルクTcmd1に、下腿補償トルクTcorを加えることによって、目標関節トルクTcmdを決定したので、足平装着部２を空中で移動させる際などに、利用者Ｐに抵抗感を及ぼすのを防止することができる。
【０１２０】
次に、本実施形態の変形態様をいくつか説明する。
【０１２１】
前記実施形態では、第３関節８の駆動トルクを本発明における制御量として使用したが、ロッド伝達力を制御量としてもしてもよい。この場合には、例えば、前記した如く決定した目標関節トルクTcmdを、トルク変換手段６４ａと逆の処理（Tcmdを前記有効半径長ｒにより除算する処理）によって、ロッド伝達力の目標値に変換し、このロッド伝達力の目標値に、ロッド伝達力の計測値Frodを一致させるように、電動モータ１５の出力トルクを制御するようにすればよい。
【０１２２】
また、第３関節８における摩擦力や慣性力モーメントなどが十分に微小なものとなる場合には、下腿補償トルク演算手段６４ｃを省略してもよい。この場合には、前記基本目標トルクTcmd1をそのまま目標関節トルクTcmdとして使用すればよい。このようにするえことで、前記第４発明の一実施形態が構成される。
【０１２３】
また、本実施形態では、脚リンク負担目標値Fcmdを決定した上で、基本目標トルクTcmd1を決定するようにしたが、該基本目標トルクTcmd1（またはこれに対応するロッド伝達力の目標値）を次のように決定してもよい。すなわち、例えば、右側に基本目標トルクTcmd1_Rに関して説明すると、総持ち上げ力の目標値と、右分配比と、右側脚リンク３Ｒの膝角度とを入力項目として、これらの入力項目と基本目標トルクTcmd1_Rとの関係をあらかじめマップ化しておく。そして、総持ち上げ力の目標値と、右分配比の設定値と、右側脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rとから、上記マップによって、基本目標トルクTcmd1_Rを求める。左側の基本目標トルクTcmd1_Lについても同様である。このようにした場合には、脚リンク負担目標値Fcmdを決定する必要はない。
【０１２４】
また、例えば、歩行補助装置Ａの利用形態が、利用者Ａの脚を比較的ゆっくり動かす場合に限られるような場合には、フィードフォワード演算手段６４ｇを省略し、各電動モータ１５の指示電流値Icmdを、目標関節トルクTcmdと実関節トルクTactとの偏差Terr（またはロッド伝達力の目標値と計測値との偏差）に応じてＰＩＤ則などのフィードバック制御則により決定するようにしてもよい。
【０１２５】
また、ひずみゲージ式力センサ２３を連結ロッド１８に固着する代わりに、例えば、連結ロッド１８と従動クランクアーム１７との間にロッド伝達力計測用力センサとしての圧力センサを介装し、該圧力センサを介して連結ロッド１８を従動クランクアーム１７に枢着するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の一実施形態の歩行補助装置の斜視図。
【図２】実施形態の歩行補助装置の側面図。
【図３】実施形態の歩行補助装置の正面図。
【図４】実施形態の歩行補助装置の大腿フレームの切断側面図。
【図５】実施形態の歩行補助装置に備えたコントローラのハード構成の概略を示すブロック図。
【図６】図５のコントローラの演算処理部の処理機能を示すブロック図。
【図７】図６に示す左右目標負担分決定手段の処理を示すフローチャート。
【図８】図６に示す指示電流決定手段の処理機能を示すブロック図。
【図９】図８に示す基本目標トルク演算手段の処理を説明するための図。
【符号の説明】
【０１２７】
Ａ…歩行補助装置、Ｐ…利用者、１…着座部（持上げ力伝達部）、２…足平装着部、３…脚リンク、４…第１関節、５…大腿フレーム、６…第２関節、７…下腿フレーム、８…第３関節、９…回転アクチュエータ、１０…動力伝達機構、１６…駆動クランクアーム、１７…従動クランクアーム、１８…連結ロッド、２３…ひずみゲージ式力センサ（ロッド伝達力計測用力センサ）、６１…膝角度計測処理手段（関節角度計測手段）、６２…ロッド伝達力計測処理手段（ロッド伝達力計測手段）、６３…左右目標負担分決定手段（目標支持力設定手段）、６４…指示電流決定手段（アクチュエータ制御手段）、６４ｂ…基本目標トルク演算手段（制御量基本目標値決定手段、制御量目標値設定手段）、６４ｃ…下腿補償トルク演算手段（補正量決定手段、制御量目標値設定手段）、６４ｄ…加算演算手段（制御量目標値設定手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図９】
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